针对切伦科夫辐射特点，采用厚度尽量小的石英薄片作为转换靶，并将电子束以切伦科夫辐射角入射转换靶的形式构成一种电子束发散角分布的测量布局，并基于焦平面成像原理，研制了相应的电子束发散角光学测量系统。在强流脉冲直线感应加速器上完成了装置研制和测试工作，显示了电子束发散角分布测量系统可以获得电子束一定方向上的散角分布概况，测量结果具有一定的可信度，具有装置结构简单、数据处理难度低及速度快等特点。

利用切伦科夫辐射方向性极好的特性进行电子束发散角的测量是一个比较有希望的方法，但转换靶材料对电子的库伦作用力等因素又使得电子束散角展宽，对发散角的测量产生影响。在将转换靶划分成多重薄片并以串联的形式构建了靶模型，考虑了库仑力、多重散射、轫致辐射、电离等全物理过程作用效果的情况下，利用蒙特卡罗模拟软件相关程序对电子在靶材料中的发散过程进行了仿真。基于电子束散角分布与切伦科夫辐射光子分布相对应的原理，完成了对电子束发散角测量技术的模拟，获得了转换靶材料及其厚度、电子束能散、测量系统光学带宽等对电子束发散角测量的影响规律，为测量系统的设计及数据反演处理工作提供了指导性的建议。模拟结果显示，基于切伦科夫辐射进行电子束发散角测量的方法具有可行性，具有一定的对电子束发散角分布进行测量的能力。

在一种猝发高重频的X射线自由电子激光（XFEL）装置中，由于受到光阴极注入器内补偿螺线管与电子枪之间特殊结构的限制，阴极附近电场与磁场为叠加状态。实验中需要对阴极热发射度进行测量，而测量热发射度常用的螺线管扫描法基于几何发射度不变的前提，无法直接应用于电磁场叠加的结构。针对这一问题，考虑到归一化过程可以剔除电场对发射度的影响，基于此，研究归一化相空间中应用的螺线管扫描法，并通过仿真计算与分析，最终证明该方法适用于电磁叠加场中阴极热发射度的测量。

电荷耦合器件(CCD)是一类高性能的光电成像器件，具有成像阵列大、图像质量好的特点。但由于正常工作驱动时序复杂，工作帧频一般较低，无法满足较高成像帧频的要求。针对一种双脉冲发光图像的高速高分辨高质量成像要求，根据CCD信号电荷收集及转移的电极驱动特性，选择合适的CCD类型，以电荷转移时序为时间分隔界限，设计了一种电极直接进行控制的时序，实现了两个光脉冲图像的分离积分及信号转移、读出等，完成了双脉冲发光图像的等效高帧频曝光的原理验证，在保持CCD原有高成像质量的情况下获得了μs级间隔的两幅图像可分辨的能力，并实现了一种二分幅相机系统。